امروز فیلتراسیون(پالایش) بخش مهمی از فرآیندهای صنعتی بهشمار میآید.
به گزارش پایگاه خبری گسترش، روزنامه صمت نوشت: در فیلتراسیون، ذراتی که از اندازه حفرههای فیلتر کوچکتر هستند، از آن عبور کرده و ذرات با اندازه بزرگتر، از سیال جداشده و در پشت فیلتر باقی میمانند. فیلترهای صنعتی با جداسازی ذرات کوچک مورد نظر، نقش مهمی در صنایع دارد. عملکرد یک فیلتر ارتباط مستقیمی با ساختارهای فیزیکی، شیمیایی و الکتریکی آن دارد. فیلترها در بیشتر موارد قادر به جداسازی ذرات تا ۵/۰میکرون هستند. فیلترهای معمولی برای جداسازی ذرات ریزتر با مشکل روبهرو میشوند. اما فیلترهای جدید که با بهرهگیری از نانوفناوری طراحی و تولید شدهاند میتوانند ذراتی با ابعاد نانومتری را هم فیلتر کنند. فیلترها به دو گروه اصلی عمقی و غشایی یا سطحی دستهبندی میشوند. فیلترهای عمقی اغلب دارای ساختار سهبعدی پرپیچوخم با کانالهای بسیار و شاخههای زیاد هستند و ذرات از طریق حبس شدن در عمق فیلتر غربال میشوند. اما در فیلترهای غشایی، به طور معمول از یکلایه نازک با اندازه حفره معین برای غربال کردن ذرات استفاده میشود.چنانچه لایهای از نانوالیاف روی یک فیلتر عمقی قرار گیرد، خاصیت فیلتراسیون از حالت عمقی به سطحی یا غشایی تبدیل میشود. نانوالیاف با خواص ویژه خود ظرفیت کاربردی زیادی در صنایع فیلتراسیون گازها و مایعات دارند. با اضافه کردن لایهای از نانوالیاف به سطح فیلترها و ظریفتر کردن قطر الیاف و کاهش ضخامت فیلترها سبب میشود در یک سطح مشخص، فیلتری با تعداد تخلخل بیشتر و ابعاد کوچکتر به دستاید که مورد نخست سبب افزایش عمر فیلتر، افزایش نفوذپذیری هوا در سطح فیلتر و مورد دوم سبب جداسازی ذرات ریزتر نسبت به فیلترهای کنونی میشود. در فیلترهای معمولی، به دلیل اینکه فیلتراسیون در عمق انجام میشود، فیلتر دچار افت فشار شده و کارآیی خود را از دست میدهد. از سوی دیگر در فیلترهای معمولی از الیاف میکرومتری استفاده میشود بنابراین حفرههای موجود در بین فیلترهای میکرونی بزرگ بوده و ذرات با ابعاد کوچکتر از فاصله میان الیاف، جذب فیلتر نخواهد شد. اما با کشیدن لایهای از نانوالیاف به روی فیلتر، هم فیلتراسیون جذب فیزیکی و هم فیلتراسیون الکترواستاتیکی رخ میدهد. افزایش طول عمر فیلتر تا حدود دو برابر، کنترل و افزایش نیافتن افت فشار، فزونی قابلتوجه کارآیی فیلتراسیون، افزایش بازده تبدیل انرژی در صنایع خودرویی و نیروگاهی به همراه کاهش استهلاک تجهیزات و زمان خواب و تعمیر آنها و بالا رفتن سطح حفاظت از توربین ازجمله مزایای بکارگیری لایه نانولیفی است. فیلتراسیون در ابعاد نانومتری نانوفیلتر به معنای فیلتری است که اندازه منافذ آن در حد نانومتری (۵/۰ تا ۲ نانومتر) است. فناوری فیلتر نانولیفی یک فیلامنت پیوسته و ظریف از الیاف پلیمری است که بهصورت یکنواخت گسترده شده و روی یک زیرلایه فیلتری با فرآیند الکتروریسی متصل شده است. ضخامت لایه اعمالی در محدوده ۱/۰ و ۵/۰ میکرومتر، با قطر الیاف در محدوده ۵۰ و ۵۰۰ نانومتر است. این الیاف بسیار نازک هستند (۱۰۰۰ بار ظریفتر از موی انسان)، بهطوریکه با چشم غیرمسلح قابلرویت نیستند. برای کاربردهای جمعآوری گردوخاک، مواد بر پایه سلولز یا پلیاستر برای زیرلایه یا لایه پایه متداولتر است. نانوفیلتراسیون دارای مزایای بسیاری از قبیل فشار عملیاتی پایین، شار بالا، نگهداری بالای نمک یونهای چندظرفیتی و با وزن ۳۰۰ دالتون، نیازمند سرمایهگذاری به نسبت پایین و هزینههای عملیاتی و نگهداری اندک است. مزیت این غشا در مقایسه با غشاهای دیگر، اندازه حفرههای نانومتری است که توانایی حذف ویروسها، باکتریها و مواد نانومتری را دارد. لایه نانولیفی بسیار ظریف است و روی زیرلایه انعطافپذیر به کار میرود، بنابراین امکان ایجاد زیرلایه با مساحت سطحی بالا را فراهم میکند. کارآمدی بیشتر با نانوفیلترها شبکه نانولیفی الکتروریسی شده، افزایش چشمگیر در بازده فیلتراسیون در کنار کاهش به نسبت اندک نفوذپذیری را فراهم میسازد. در مقایسه با فیلترهای لیفی متداول در افت فشار یکسان، نانوالیاف با قطر ظریفتر از نیم میکرون ظرفیت بالاتری در جمعآوری ذرات ریز دارد. علاوهبر ذرات جامد، ذرات ریز مایع درون سامانه امتزاجناپذیر مایع-مایع میتواند با لایه نانولیفی (فیلتراسیون انعقاد مایع-مایع) حذف شود. برای مثال، میتوان از نانوالیاف پلیاستایرن الکتروریسی شده در مخلوط با میکروالیاف شیشهای، فیلتری برای زدودن ذرات مایع از امولسیون آب در روغن ایجاد کرد. افزودن مقدار اندکی از نانوالیاف پلیاستایرن، صرفنظر از افزایش افت فشار فیلتر، افزایش چشمگیری در بهبود بازده حذف ذرات (از ۶۸ به ۸۸درصد) ایجاد میکند. از نانوالیافها همچنین بهعنوان داربست پشتیبان در اولترافیلتراسیون جداسازی امولسیون روغن/آب استفاده میشود. لایه اولترافیلتراسیون دارای ساختار کامپوزیتی ۳ لایه متشکل از لایه فوقانی آبدوست نانو متخلخل، لایه میانی نانولیفی الکتروریسی شده پلیوینیلالکل با اتصالات عرضی و زیرلایه میکرولیفی بیبافت رایج است. بستر نانولیفی الکتروریسی شده، شبکه متخلخل بههمپیوسته مناسبی با مساحت سطحی ویژه بالا ایجاد میکند. این نوع فیلتر اولترافیلتراسیون نرخ شار و قابلیت زدودن مواد حلشده آلی بالایی را فراهم میکند. پاکسازی یونهای فلزی درآبهای آلوده افزایش میزان یونهای فلزی، نوعی آلودگی جدی در منابع آبی ایجاد کرده است و در درازمدت موجب تهدید بهداشت فرد و محیط طبیعی میشود. نانوالیاف الکتروریسی شده ظرفیت زیادی در جمعآوری یونهای فلزی از محلول دارد زیرا این لایهها دارای مساحت سطحی ویژه بالا، تخلخل بالا و عاملیت سطحی قابلکنترل هستند. برای جذب یون فلزی، پلیمرهای با گروههای عاملی که جذبی به یونهای فلزی میل دارند، بهصورت مستقیم درون نانوالیاف الکتروریسی میشوند. الکتروریسی نانوالیاف مخلوط فیبروئین ابریشم/کراتین پشم برای جذب یونهای مس از آب استفادهشده است. پروتئین پشم دارای گروههای زیادی از اسیدهای آمینه آبدوست با میل جذبی بالا به یونهای فلزی است. دو روش برای بهبود جذب یونهای فلزی روی نانوالیاف الکتروریسی شده وجود دارد: ۱- قرار دادن مواد عاملدار روی سطح لیف با استفاده از روشهای جذبی یا پوششدهی و افزایش مساحت سطحی برای بهبود ظرفیت جذب. ۲- تبدیل مستقیم یونهای فلزی به عنصر فلزی روی نانوالیاف برای بازتبدیل فلزات گرانبها. در حوزه نانوفیلتراسیون میتوان به غشاهای نانولولهای، فیلترهای نانوغربال، فیلتر آلومینای نانولیفی، فیلترهای جاذب جریان، شامل نانوالیاف و غشاهای سرامیکی نانوحفرهای اشاره کرد.
